В нервной системе выделена особая группа клеток — модулирующих нейронов, которые сами не вызывают реакции, но регулируют активность других нейронов. Они образуют контакты с другими нейронами тина «синапс на синапсе». Моду­лирующие нейроны причастиы к регуляции болевой чувствительности. Схема взаимодействия модулирующего нейрона с сенсорным, проводящим сигналы о болевом раздражении, можно представить следующим образом. Передача боле­вых сигналов в головной мозг на уровне синапса осуществляется с помощью ве­щества, которое находится под контролем нейропептидов, подавляющих боле­вые сигналы. В задних рогах спинного мозга имеются вставочные модулирующие нейроны, выделяющие нейропептид — энкефалин, которые образуют синапсы на аксонных окончаниях болевых нейронов. Энкефалин тормозит выход вещества Р, что уменьшает возбуждение постсинантического нейрона, посылающего в голов­ной мозг сигналы о боли.

Функции модулирующих нейронов наиболее хорошо изучены на моллюсках. Показана причастность модулирующих серотонинергических нейронов вино­градной улитки к регуляции состояния организма. Улитку, которая ползала по шару, плавающему в воде, в течение 8 дней подвергали сильному электрическому раздражению без сочетания с тестирующим стимулом — слабым тактильным разражением. Это увеличивало величину реакции улитки на тактильный стимул — втягивание глазных щупалец. Эффект сохранялся в течение многих дней. Однако он проявлялся только в той обстановке, в которой применялось болевое раздра­жение (на шаре в воде) и отсутствовал, когда улитка тестировалась в других усло­виях — па стеклянной крышке аквариума. Применение нейротоксина, избира­тельно нарушающего работу серотонинергических нейронов, устраняло его проявление. Это одна из форм долговременной сенситизации, проявляющая себя как обстановочный условный рефлекс и требующая уча­стия модулирующих серотониноргических нейронов. Предполагается, что данный обстановочный условный рефлекс реализуется на входах модулирующих нейронов, которые являются нейронами «состояния».

Модулирующие нейроны участвуют в процессе на­учения (см. главу 15), изменяя проводимость синапса на пресинаптическом уровне. Эффект пресинаптической пластичности, создаваемый модулирующими нейрона­ми, может быть начальным звеном в цепи событий, приводящих к пластическом модификации поведения, связанной с выработкой ус­ловных рефлексов. Безусловное подкрепление как очень сильный раздражитель нейрона также возбуждает модулирующие нейроны и тем самым инициирует про­цесс пресинаптических изменений. За начальным этапом пластических измене­ний следует этап клеточных и молекулярных преобразований нейронов, характе­ризующий ассоциативное обучение.

Однако пресинаптическое облегчение, создаваемое модулирующими нейрона­ми, может возникать и вне ситуации ассоциативного обучения только за счет ак­тивации модулирующих нейронов сильными сенсорными раздражителями. Груп­па американских ученых Колумбийского университета, руководимая Эриком Кэиделом, рассматривает его как результат «премодулирующего совпадения», ко­торое на пресинаптическом уровне повышает проводимость, а само это повыше­ние зависит от активности. Другое название этого явления — сенситизация, или неассоциативиое обучение. Оно отличается от ассоциативного обучения, осно­ванного на «препостсинаптическом совпадении» (рис. 8.1). В 2000 г. Эрик Кэидел стал лауреатом Нобелевской премии за открытия, касающиеся передачи сигнала в нервной системе.

Эффект пресинаптического облегчения с участием модулирующих нейронов хорошо изучен при формировании оборонительного рефлекса у виноградной улитки. Внутриклеточная стимуляция ее модулирующих нейронов, которые представлены пулом серотонинергических клеток педального ганглия, вызывает в командном нейроне оборонительной реакции появление деполяризациоппой волны и увеличение амплитуды суммарного ВПСП. Эти изменения превращают сенсорное подпороговое раздражение командного нейрона в пороговое, что выра­жается в появлении у него спайковой активности.

Рис. 8.1. Два механизма изменения силы связи между нейронами. Один требует совпадения активности пресинаптического и постсинаптического нейронов во времени (два нейрона, расположенные горизонтально). Другой механизм основан на совпадении активности пресинаптической клетки и модулирующей (левый горизонтально и вертикально располо­женные нейроны). Нейроны, участвующие в научении, заштрихованы (по Э. Кэнделу и Р. Хокинсу, 1992]

Описано два механизма длительного пресинаптического облегчения (фасилитации) под влиянием серотонипа за счет фосфорилирования белков двух типов ионных каналов: кальциевых и калиевых (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема молекулярных реакиий в пресинаптическом нейроне под влиянием возбуждения модулирующего серотонинергического нейрона - научение, зависимое от активности по Э. Кэнделу и Р. Хокинсу, 19921

Участие кальциевых каналов в механизме повышения проводимости через си­напс выглядит следующим образом. Во время потенциала действия ионы кальция и натрия входят в клетку, а ионы калия выходят из нее. Когда нейрон находится в активном состоянии, в нем увеличивается уровень содержания ионов кальция. Кальций, вошедший в клетку, действует на нее после того, как связывается с бел­ком — кальмодулииом. Этот комплекс так же, как и серотоиин, активирует аденилатциклазу. За счет двойного воздействия на нее резко увеличивается образова­ние САМР из аденозинтрифосфата (АТФ), который служит в клетке универсаль­ным источником энергии для биохимических процессов; САМР действует как вторичный посредник и активирует протеинкииазу. Протеинкиназа фосфорилирует рецепторные белки кальциевых каналов (присоединяет к мим фосфор). Это переводит кальциевые каналы в активное состояние - в клетку входит больше кальция, что увеличивает выделение из нее медиатора. Одновременно протеин­киназа фосфорилирует белки калиевых каналов, что ведет к уменьшению проводимости для ионов калия, т. е. к уменьшению калиевого тока, что ограничива­ет калиевую гиперполяризацию, следующую за ВПСП и потенциалом действия. Таким образом, потенциал действия продлевается, а это, в свою очередь, увеличи­вает продолжительность активного состояния кальциевых каналов.

Особую функцию в модуляции возбудимости нервной системы выполняют пейсмекерные нейроны (см. главу 1). Будучи активированными, они своими дли­тельными, ритмическими разрядами могут повышать проводимость сигнала че­рез синапс. Открыт специальный тин пейсмекерпых нейронов в таламусе, гене­рирующих разряды на частоте гамма-колебаний, которые отражают колебания кальциевого тока на деидритах клеток таламуса и которые, повидимому, обеспе­чивают синхронизацию активности у групп нейронов, объединенных общими ре­зонансными свойствами.